KR840002077B1 - 초음파 검출장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

초음파 검출장치

제1도는 본 발명의 한 실시예의 확대 단면도.

제2도는 상기 실시예의 단면도.

제3도는 상기 실시예의 전기적 부품들의 블럭 선도.

제4도는 반사파 파형도.

제5도는 또 다른 반사파 파형도.

본 발명은 유체흐름에 관한 정보, 예를들어 유체내의 불연속의 존재나 유체의 조성에 관한 정보를 얻는것에 관한 것이다. 유체 흐름내의 불연속의 검출에 관계되는 본 발명의 배경은 미합중국 특허 제4,112,773호 및 1978년 10월 16일 출원된 미합중국 특허출원 번호 제951,614호에 상술되어 있는데, 상기 출원을 모두 본 명세서에서 참조하기로 한다. 유체의 외부적인 불연속을 검출하는 이외에도. 유체 자체의 조성을 판단할 수 있는 것은 바람직한 일이다. 그런데, 종래 기술의 펄스반사파 검사장치는 이같은 정보를 제공해 주지 않는다.

유체내의 불연속은 요면체 트랜스듀우서(transducer : 변환기)가 유체를 가로지르는 신호를 3차원적으로 촛점을 맞추고, 그 트랜스듀우서가 전기적으로 접지된 시일드(shield)로 둘러싸이고 또 그로부터 절연될때, 개선된 감도로 검출될 수 있음이 밝혀졌다. 또한, 유체의 조성은 동일 트랜스듀우서 신호로 부터 연속적인 도관 벽 반사파의 감쇄량을 측정하거나 혹은 트랜스 듀우서로 되돌아오는 벽 반사파의 음속을 측정하므로써 판단될 수 있음이 밝혀졌다.

양호한 실시예에서, 한쪽이 막힌 구멍의 내부는 전기 전도성 재료의 층으로 피복되고, 그 재료는 접지되며, 요면체 트랜스 듀우서는 접지된 층으로 부터 전기적으로 격리되도록 그 구멍의 저부에 놓인다.

이하 도면을 참조하여 양호한 실시예의 구조와 동착에 대하여 설명하기로 한다.

제1도 및 2도에는, 메틸 메타아크릴레이트로된 튜우브(10)이 도시되어 있다. 튜우브(10)은 직경이 1.5인치인 내부 구멍(12)을 갖고 있다. 초음파 송 · 수신기(14)에는 한쪽이 막힌 구멍(18)에 장착된 압전기결정(piezoelectric crystal)(16)이 포함된다. 한쪽이 막힌구멍(18)은 평평한 바닥(20)과 원통형 측벽(22)를 가진다. 측벽(22)와 바닥(20)은 전도성의 은 페인트로 된 얇은 제1층으로 피복되어 있다. 적절한 페인트로는 듀퐁 콘덕터조성물 907770부틸 아세테이트(Du Pont Conductor 907770 ButylAcetate)가 있다. 전도성 에폭시(26)은 전선(28)을 전도층(24)에 전기적으로 접속시킨다. 전도성 에폭시(26)은 에코본드 솔더56(Eccobond solder56)이다. 전선(28)은 쿠우너 세일즈 컴페니 (Cooner sales Company)의 C21174이다.

비 전도성 에폭시 층(30)은 모든 제1 전도층(24)을 덮는다. 층(30)으로는 아랄다이트 에폭시가 적당하다. 전도성 페이트로된 얇은 제2층 (32)은 에폭시층(30)을 덮고 있다. 제1 전도층(24) 과 제2 전도층(32)은 에폭시층(30)으로 서로 절연되어 있다.

압전기 결정(16)은 한쪽이 막힌 구멍(18)의 바닥(20)위에 있는 제2 전도층(24)에 부착된다. 결정(16)은 요면체이다. 그 요면체는 직경이 1/2인치이고, 요면의 반경은 1/2인치로 되어있다. 결정(16)에는 상부 전극(34)과 하부전극(36)이 있다. 상부 전극(34)는 전선(35)에 납땜되어지는데, 이 전선은 전선(28)과 같은것이다. 하부 전극(36)은 결정(16)의 하부표면 전체를 덮는다. 하부 전극(36)의 작은 부분(38)이 상부전극(34)의 1/32인치이내까지 상부표면의 외부 모서리위로 연장된다. 결정(16)은 메사츄세츠, 홉 킹톤의 벨피-피셔 컴페니에서 구매할 수 있는 모델 PZT 5A로 된 7.5HMz결정이다.

전도성 에폭시(40)의 단편이 하부전극(36)의 상기 부분(38)을 제2전도층 (32)에 연결시킨다. 전선(42)도 또한 에폭시(40)에 연결된다. 전선(42)와 에폭시(40)는 제1 전도층(24)에 연결된 것과 동일한 형태이다. 전도성 에폭시(44)가 결정(16)과 제2 전도층(32)사이에 요면체를 채우고, 결정(16)을 제자리에 유지시킨다. 이러한 목적을 위한 적절한 에폭시는 stycyst 1970이다.

제1층 (24)로 부터의 전선(26)은 리이드(46)의 외부 접지 시일드에 접속된다. 하부 전극(36)으로 부터의 전선(42)는 리이드(46)의 내부 접지 시일드에 접속되고, 상부전극의 전선(35)는 리이드(46)의 고압전선에 연결된다. 전선(46)은 Belden 9232형 75오옴 트리액스(triax)이다.

에폭시 지지부(48)가 결정(16)을 덮으며 한쪽이 막힌구멍(18)의 나머지를 채운다. 에폭시 지지부(48)은 폴리아미드 경화제와 혼합된 텅스텐함유 아랄다이트이다. 지지부(48)의 에폭시와 텅스텐의 비는 중량으로 1:1이 된다.

제3도에 도시된 바와같이, 리이드(46)은 수신기(50)에 연결된다. 증폭기(50)은 MCM 1100으로, 본 출원의 출원인인 마이크로 퓨어 시스템즈, 인코오포레이티드로 부터 구매할 수 있다. 수신기(50)으로 부터의 트리거 출력단자는 오실로스코우프(52)의 입력단자에 접속된다. 그 오실로 스코우프는 이중 추적 스코오프인 Tektronix456 B이다. 오실로스코우프의 A⁺출력단자는 펄스발생기(54)의 입력단자에 접속된다. 펄스 발생기(54)는 전원(56)에 접속된다. 적절한 펄스발생기로는 Matec Pulser Receiver R. F. Plug-In Model 755가 있으며, 적절한 전원으로는 Matec Model 6600의 펄스 변조기 및 수신기가 있다. 펄스 발생기(54)의 출력단자는 수신기(50)을 통해 결정(16)에 다시 접속된다.

동작시에, 수신기(50)은 오실로스코우프(52)를 트리거하며, 오일로스코우프는 다시 펄스 발생기(54)를 트리거 한다. 이어서 펄스 발생기(54)는 결정(16)으로 하나의 펄스를 보낸다. 그 펄스는 결정(16)에 전력공급을 하며, 그 결정은 유체로 초음파 신호를 전송한다.

이 초음파신호는 결정(16)이 요면체이므로 3차원적으로 촛점이 맞추어진다. 그 신호가 도관(12)으로 통과할때, 그 신호는 미합중국 특허 제4,112,773호에 설명되어 있듯이 도관의 곡률에 의해 형성된 렌즈에 의해 2차원적으로 촛점이 맞추어진다. 따라서 신호 비임은 유체를 가로질려 고도로 집속되고, 유체를 통과하는 0.4미크론의 작은 입자도 결정(16)에 의해 검출될 만큼 충분한 에너지를 반사할 것이다. 그 다음 되돌아오는 신호는 수신기 50에 의해 계수되고 본 출원인의 미합중국 특허 제4,112,773호에 기재된 것처럼 오실로스코우프상에 표시된다. 결정(16)의 반사된 신호에 대한 감도는 접지된 시일드 층(24), (32)가 결정(16)을 외부잡음 신호로 부터 효과적으로 격리시키기 때문에 높아지게 된다. 또 다른 양호한 실시예에서는, 상기 결정은 7.5메가헤르쯔 결정에서 1.0메가 헤르쯔 결정으로 바뀌어지고, 데시벨 레벨 검출기(60)(점선으로 도시됨)이 펄스 발생기(54)에 부착된다. 적절한 검출기로는 Matec Model 2470A Attenua-tion Recorder가 있다.

이 실시예에서, 결정으로 부터 나온 초음파 신호는 도관(12)의 가까운 벽과 면벽 모두로 부터 반사되어 결정으로 되돌아온다. 반사신호는 제4도에 도시된 바와 같이 첨 두치(70), (71)을 갖는다. 그러나, 원신호의 일부는 점차적으로 소멸될때까지 도관(12)의 벽돌 사이에서 계속울리게 된다. 이들 울리는 신호들도 또한 결정(16)에 의해 검출되며 오실로 스코우프(52)상에 제2신호들도 또한 결정(16)에 의해 검출되며 오실로 스코우프(52)상에 제2 첨두치(72), (73), (74)로 표시될 수 있다. 첨두치가 높을 수록 반사신호는 더많은 초음파 에너지를 포함하게 된다. 구형부(78), (79)를 가지고 있는 오실로스코우프의 제2 트레이스(trace)(76)는 구형부(78), (79)가 제2 첨두치중의 두개와 겪치도록 조정된다. 그러면 데시벨 레벨검출기(60)가 첨두치들간의 데시벨레벨의 강하를 측정하게 된다. 이 강하는 유체의 음향 흡수 능력에 정비례한다. 유체의 각 액체 성분은 음향 흡수 레벨이 다르기 때문에, 그 성분의 상대적인 백분율을 판단하기 위해서 몇가지 공지된 성분을 가진 유체에 대해 데시벨 강하를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 불균등한 흐름은 데시벨레벨 강하가 상당히 변동되므로 쉽게 검출될 수 있다.

음파의 속도는 다른 액체에 대해서는 다르며, 유체에 관한 정보는 그 안에서의 음파속도를 측정하므로써 얻어질 수 있다. 오실로 스코우프 디스플레이의 X축은 시간의 함수이다. 그러므로, 2개의 주요 도관반사파(80), (81)을 오실로 스코우프에 나타내므로써, 그들사이의 시간은 쉽게 결정될 수 있다. 음파의 속도가 줄어듬에 따라, 첨두치(82) 같은 제2 첨두치는 제1 첨두치(80)으로 부터 더 멀리 이동한다. 상술한바와 같이, 유체가 몇가지 공지된 성분을 갖는 다면, 유체내의 음파의 속도는 유체내의 성분에 대한 백분율을 판단하는데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 제2 첨두치의 위치가 변동하기 때문에 불균등한 흐름도 검출될 수 있다.

Claims (1)

1. 에너지 파를 발생하기 위한 트랜스듀우서(14)를 구비하고 있는 유체에 관한 정보를 얻기 위한 펄스 반사파 검사 장치에 있어서, 상기 에너지 파의 촛점을 3차원적으로 맞추어 상기 촛점이 맞추어진 파를 유체로 보내기 위한 수단(16)을 구비한 것을 특징으로 하는 초음파 검출장치.

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